СФЕРА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Специальность «особого режима»

Единая энергетическая система России – это сложнейший технический комплекс, включающий тысячи работающих в едином режиме элементов. Обеспечение устойчивой работы этого технического комплекса не только в нормальных режимах, но и после различного рода возмущений является одной из основных функций Системного оператора. Для обеспечения выполнения требований к устойчивости необходимо поддержание параметров электрического режима энергосистемы, таких как перетоки активной мощности в контролируемых сечениях, уровни напряжения в контрольных пунктах, токовую нагрузку линий электропередачи и электросетевого оборудования и нагрузку электростанций, в допустимой области. Именно определение этой допустимой области входит в компетенцию служб электрических режимов (СЭР).

Такие службы сформированы в каждом диспетчерском центре Системного оператора. Специалисты служб электрических режимов – или, как их называют, «режимщики» – в отличие от многих других энергетических специальностей существуют только в Системном операторе, так как планирование и расчет электроэнергетических режимов энергосистемы являются исключительной компетенцией компании. Служба электрических режимов – одно из ключевых и старейших подразделений. Группы режимов, занимавшиеся разработкой и исследованием нормальных и ремонтных схем энергообъединений, анализом устойчивости и расчетом области допустимых режимов, были сформированы уже при создании первых диспетчерских служб в СССР во второй половине 20-х годов прошлого века. Однако за почти 100 лет, по мере развития энергосистем, задачи режимщиков существенно расширились.

ФУНКЦИОНАЛ

Мозг энергосистемы

Специалисты служб электрических режимов Системного оператора для обеспечения надежного функционирования ЕЭС России формируют и поддерживают в актуальном состоянии расчетную математическую модель, являющуюся цифровым двойником реальной энергосистемы, выполняют расчеты установившихся режимов и статической устойчивости, переходных процессов и динамической устойчивости. На основании этих расчетов СЭР определяет максимально допустимые и аварийно допустимые перетоки активной мощности в контролируемых сечениях, формирует инструктивные материалы и диспетчерскую документацию, определяет алгоритмы функционирования и параметры настройки устройств и комплексов противоаварийной и режимной автоматики, планирует сроки ремонтов электросетевого оборудования, согласовывает режимные условия присоединения объектов энергетики к ЕЭС России.

Владимир Дьячков, заместитель главного диспетчера по режимам АО «СО ЕЭС»: 

«Значительное время у персонала служб электрических режимов уходит на решение главной задачи – определение области допустимых режимов работы энергосистем. Это чрезвычайно важная, многофакторная задача, решение которой требует выполнения огромного объема работы, включая подготовку и верификацию расчетных моделей, проведение различного вида расчетов, и, конечно, масштабную аналитическую работу.

Другая важная задача – формирование сводных годовых и месячных графиков ремонтов на основании предложений субъектов электроэнергетики, требующее взаимного согласования  заявок различных субъектов электроэнергетики с целью обеспечения выполнения требований к устойчивости энергосистем в период проведения ремонтной кампании.

Третьей задачей является определение логики действия и параметров настройки устройств и комплексов противоаварийной автоматики, направленной на расширение границ области допустимых режимов работы энергосистем за счет более полного использования имеющейся пропускной способности электрической сети. Кроме того, работа служб электрических режимов непосредственно связана с задачами оптового рынка электроэнергии и мощности, а также – задачами перспективного развития, в основном касающимися присоединения к ЕЭС России новых потребителей, электросетевого и генерирующего оборудования».

Кроме того, в настоящее время режимщики являются центром компетенции по разработке перспективных информационной и расчетных моделей, использующихся проектными организациями при проведении расчетов в рамках выполнения различных работ в рамках проектирования развития энергосистем.

Наиболее тесно в своей работе режимщики взаимодействуют с оперативно-диспетчерской службой, для которой готовят «Положение по управлению режимами». Это гигантский документ, объем только одного приложения к этому документу «Максимально допустимые, аварийно допустимые перетоки в контролируемых сечениях» составляет 500 листов. Всего же документ содержит более 30 приложений. Но самое главное – это живой и рабочий документ. Отдельные приложения к нему постоянно корректируются в связи с изменениями схемы сети, параметров работы оборудования, вводом новых объектов электроэнергетики. Отдельные части положения могут корректироваться по нескольку раз в месяц.

Положение по управлению режимами включает систематизированные результаты расчетов различных режимов, допустимые значения перетоков в контролируемых сечениях, нагрузок генерирующего оборудования, напряжения в контрольных пунктах, параметры настройки устройств противоаварийной автоматики и иные сведения, необходимые диспетчеру для управления режимом. В филиалах РДУ (за исключением наиболее крупных) режимщики также выполняют функции сотрудников службы перспективного развития энергосистем, но об этом направлении деятельности - в отдельной статье.

ИСТОРИЯ ПРОФЕССИИ

От аналога к цифре

В 1920-е годы в СССР шла реализация плана ГОЭЛРО: быстрыми темпами возводились крупные на тот момент тепловые и гидроэлектростанции, строились линии электропередачи. С появлением первых энергообъединений, в которых параллельно работали сразу несколько электростанций, возникла задача по определению допустимых параметров работы энергетического оборудования и поддержанию устойчивости этих объединений. В этот период в советской энергетике не существовало четкого разделения на специализации, и задачи по определению области допустимых режимов решались специалистами, занимавшимися технологическим управлением энергообъединением.

В 1926 году были образованы первые диспетчерские службы – Центральный диспетчерский пункт управления Московского объединения государственных электростанций и Центральная диспетчерская служба Ленэнерго. При этих службах формируются группы режимов, в обязанности которых входит разработка и исследование нормальных и ремонтных схем энергообъединений, расчет параметров работы энергетического оборудования для поддержания заданных уровней напряжения и обеспечения устойчивости энергетической системы.

Аварии с разделением энергосистем на изолированную работу в этот период были достаточно частым явлением. Большая их часть была вызвана нарушением динамической устойчивости – то есть способности энергосистемы возвращаться к установившемуся режиму после нарушений без перехода в асинхронный режим. Применявшиеся тогда устройства релейной защиты не обладали необходимым быстродействием для сохранения динамической устойчивости системы.

Одной из задач первых режимщиков стал анализ причин аварий, сопровождавшихся нарушением параллельной работы электростанций, и выработка предложений по их предотвращению. Одновременно этими подразделениями велась работа по совершенствованию установленных защит и внедрению новых устройств противоаварийной автоматики.

В 30-е годы по плану ГОЭЛРО были введены новые мощные источники генерации, сети 110 кВ охватили центральную часть России, началось освоение напряжения 220 кВ. Усложнение энергосистем потребовало от инженеров-режимщиков новых подходов к определению области допустимых режимов. С этого времени основным методом расчета режимов становится физическое (аналоговое) моделирование, то есть создание масштабированных физических моделей энергосистем, в достаточной мере отвечающих свойствам реальной системы.

Одним из первых средств моделирования энергосистемы были так называемые расчетные столы переменного тока, на которых проводились испытания различных режимов ее работы, оценивалась статическая и динамическая устойчивость.

В 1964 году на основе обобщения исследований в области устойчивости и накопленного опыта по планированию электроэнергетических режимов были подготовлены «Основные положения и временные руководящие указания по определению устойчивости энергетических систем». Документ заложил общую методическую основу работы служб электрических режимов.

С развитием техники совершенствовались средства расчета и планирования режимов. В 1960-е годы началось активное внедрение электронных вычислительных машин, что позволило перейти от физического моделирования энергосистем к математическому, то есть описанию реальных физических процессов, происходящих в энергосистеме, математическим способом. Преимуществами этого метода моделирования являются возможность описать достаточно сложные энергосистемы, относительная простота корректировки модели, большая скорость и точность расчетов.

Рубцова Елена Владимировна, ведущий эксперт Службы электрических режимов АО «СО ЕЭС»: 

«На начальном этапе функционирования ЦДУ ЕЭС СССР объем и сложность задач, решаемых службой электрических режимов, определялись имеющимся средствами расчета и программным обеспечением. Программные средства имели ограничения на количество моделируемых элементов энергетических систем, не позволяли в полной мере учитывать характеристики оборудования и настройку противоаварийной автоматики, что требовало особого мастерства и применения различных способов по сокращению размерности модели ЕЭС. В тот же период появилась концепция разработки аналогово-цифровой модели, то есть стандартного стола переменного тока с подключением цифровой техники для получения измерений. Такая модель была создана и установлена в новом здании ЦДУ в 1975 году. Однако этот опыт не был удачным — возможности модели не соответствовали решаемым задачам. Одновременно цифровая вычислительная техника нового поколения достаточно быстро шагнула вперед, появились необходимые нам программы, разработанные при участии специалистов службы».

С началом реформы энергетики у режимщиков появились новые задачи, в первую очередь связанные с появлением оптового рынка электрической энергии и мощности.

Запуск рынка требовал фактически непрерывного расчета режимов. Старая технология, базировавшаяся на модели энергосистемы, включавшей агрегированные генераторные и нагрузочные группы, не была способна этого обеспечить. В Системном операторе решили разработать новую расчетную модель на основе электрической расчетной схемы сети. При подготовке новой единой расчетной модели ЕЭС были созданы фрагменты расчетных схем всех ОЭС, разработаны механизмы стыковки фрагментов единой расчетной модели и ее актуализации на каждый час планируемых суток.

Таким образом, была создана новая система краткосрочного планирования режимов, необходимая для работы в условиях рынка. Решение этой задачи дало мощный толчок развитию методов математического моделирования для планирования и управления режимами. В этой сфере и сейчас АО «СО ЕЭС» является одним из сильнейших системных операторов мира.

ФАКТ

В 2023 году в главный диспетчерский центр поступило более 195 тысяч телеизмерений, характеризующих параметры режима, и свыше 491 тысячи телесигналов с датчиков, управляющих механизмов и промышленных контроллеров, установленных на объектах диспетчерского управления.

ЛИЧНЫЕ КАЧЕСТВА, ЗНАНИЯ И НАВЫКИ

Кураторы и расчетчики

Владимир Дьячков: 

«Работа режимщика заключается не в том, чтобы взять готовую модель, запустить расчет в программном комплексе, получить результат и отдать его диспетчеру. Для выполнения этой последовательности операций не нужно быть режимщиком. Грамотный, ответственный и квалифицированный специалист перед началом расчетов должен проанализировать и убедиться, что используемая модель соответствует задачам расчета. После получения результатов расчетов он должен оценить соответствие результата физике процесса, выявить наличие общих тенденций и зависимостей в результатах группы расчетов и, в результате, сделать технические выводы и включить их в документацию диспетчерского центра. Таким образом, немаловажную часть работы режимщика занимает анализ проведенных исследований, а значит, режимщик должен обладать не только профильными техническими компетенциями, но и развитыми аналитическими способностями».

Впрочем, одних лишь аналитических способностей недостаточно. Не менее важными качествами для специалиста по режимам являются аккуратность, желание профессионального развития, организованность и понимание своей ответственности.

У режимщиков, работающих в Исполнительном аппарате Системного оператора, все еще сложнее, поскольку в Службе электрических режимов еще со времен ЦДУ традиционно сложилось неофициальное разделение специалистов на расчетчиков и кураторов. Кураторы – это опытные работники, отвечающие за весь комплекс расчетов режимов в определенных регионах, а расчетчики – это исполнители, занимающиеся отдельными расчетами.

Расчетчик – это человек, умеющий считать и анализировать полученные результаты. Куратор – это больше, чем простой расчетчик. Он должен уметь грамотно ставить задачи, контролировать правильность их исполнения и, разумеется, также анализировать получаемые результаты, но уже во взаимосвязи с иными решаемыми Системным оператором задачами.

В целом для того, чтобы стать режимщиком необходимо желание, упорство и ответственное отношение к делу. Службы электрических режимов являются одними из самых загруженных подразделений технологического блока Системного оператора, однако работа в этих службах – одна из самых интересных и интеллектуальных, поэтому людям, желающим посвятить себя этой профессии, всегда найдется место в компании.

ЗНАНИЯ И ТРУДОУСТРОЙСТВО

Профессия — уникум

Уникальность профессии режимщика порождает проблему кадрового голода в этой специальности. Вместе с тем, те знания и навыки, которые приобретает специалист по электрическим режимам в Системном операторе, делают его востребованным на внешнем рынке труда. Режимщик с широким кругозором может успешно справляться с решением практически любых задач в электроэнергетике. Поэтому человек, научившийся анализировать и принимать взвешенные решения по результатам этого анализа, – это всегда большая удача для специалиста по кадрам любой энергетической компании.

В Системном операторе, включая все его филиалы в регионах, работает более 800  режимщиков. Однако вузы не готовят целенаправленно специалистов по расчетам электроэнергетических режимов. Режимщиком может стать выпускник нескольких электроэнергетических специальностей, но большинство опрошенных нами специалистов сошлось на том, что лучше всего для этой работы подходят выпускники специальности «Электроэнергетические сети и системы». Однако знаний, полученных на университетской скамье, молодым специалистам, как правило, все же не хватает для реальной работы в Службе электрических режимов.

Владимир Дьячков: 

«Университет закладывает базовые знания в области электроэнергетики. Этой базы достаточно для начала работы в любом из подразделений технологического блока. Но нужно понимать, что выпускнику для достижения требуемого уровня профессионализма для работы в Службе электрических режимов потребуется от двух до пяти лет. Базовые знания, преподаваемые на университетской скамье, безусловно нужны и чрезвычайно важны, но в Системном операторе накоплен и ежедневно используется на практике огромный опыт работы с фактической энергосистемой, который в полной мере не описан ни в одном учебном пособии. Например, такой опыт систематизирован во внутренних нормативных документах Системного оператора – его Стандартах, методиках, регламентах, которые разрабатываются также режимщиками. Молодой специалист должен сам и под руководством куратора проделать различные расчеты, научиться анализировать результаты, выявлять ошибки, оценивать соответствие результатов физике процесса, осуществлять их систематизацию и, в конечном итоге, корректно представлять их в диспетчерской документации».

Специалист, пришедший на работу в СЭР, должен быть нацелен на интенсивное обучение. Подготовка в институте дает основные знания в области электроэнергетики, однако после института требуется еще немало времени для обучения молодого специалиста. Это вызвано необходимостью изучения программных средств, методических и инструктивных материалов, формирования нового для большинства молодых людей подхода к работе, которая требует ответственности за результат. Поэтому практика подготовки специалиста, применяемая в Системном операторе и показавшая высокую эффективность, состоит из нескольких основных этапов. Сначала проводится подбор молодых специалистов из числа студентов второго курса магистратуры, после чего они проходят стажировку и преддипломную практику в ОДУ и РДУ, затем, после защиты диплома, написанного под руководством специалистов и руководителей Службы электрических режимов, выпускник принимается на работу.

ГЛОССАРИЙ

• Переходный процесс – изменение параметров электроэнергетического режима, вызванное возникновением в энергосистеме какого-либо возмущения (изменение условий работы электроэнергетической системы, связанное с включениями, плановыми или аварийными отключениями, короткими замыканиями или отказами ее отдельных элементов – ЛЭП, трансформаторов, генераторов и т.п.) и обусловленное сложным взаимным сочетанием электромагнитных и электромеханических процессов. Переходный процесс заканчивается или стабилизацией параметров электроэнергетического режима, или неконтролируемым нарастанием изменений с последующим нарушением устойчивости.
• Устойчивость – свойство энергосистемы обеспечивать совместную работу электрических станций в ее составе. Расчет статической устойчивости выявляет способность энергосистемы сохранять совместную работу электростанций и обеспечивать возврат к установившемуся режиму после переходного процесса, вызванного малым возмущением. Расчет динамической устойчивости позволяет оценить способность сохранять совместную работу электростанций после значительных аварийных возмущений (отключения электросетевого или генерирующего оборудования с коротким замыканием).
• Расчетный стол – устройство, позволяющее решать системы алгебраических уравнений с действительными или комплексными коэффициентами. Громоздкие расчетные операции, связанные с расчетами режимов электрических систем, при помощи расчетных столов сведены к простым операциям, заключающимся в измерениях токов, напряжений и мощностей в собранной на расчетном столе комплексной схеме замещения системы.
• Активная мощность – энергия, которую потребляют электроприборы, преобразуя ее в другой вид энергии (тепловую, световую и т. п.).